Геотермальное отопление дома: принцип работы, устройство и отзывы о современном виде получения тепла

Современным методом обогрева является геотермальное отопление дома, принцип работы которого основан на законах физики.

Ученые нашли материалы, изменение свойств которых сопровождается выделением тепла.

На основе этих открытий работают многие бытовые приборы, например, холодильные камеры или кондиционеры.

С изобретением тепловых насосов энергию из недр земли стали преобразовывать в тепло, используемое для отопления домов.

Принцип работы системы

Горизонтальный теплообменник геотермальной системы отопления

Вся система состоит из трех основных контуров, каждый из которых исполняет определенную функцию.

Забором тепла из недр земли занимается внешний контур, заполненный незамерзающим теплоносителем. это антифриз.

Второй контур заполнен фреоном.

От поступления тепла из внешнего контура, фреон закипает, превращаясь в газообразное состояние.

Свою высокую температуру он отдает теплоносителю, находящемуся в теплообменнике третьего контура, расположенного внутри здания.

Основные узлы

При детальном рассмотрении геотермальной системы можно выделить основные ее узлы:

• Испаритель соединен с насосом. Он собирает тепло, идущее из внешнего контура.
• Компрессор предназначен для сжатия газообразного фреона.
• Конденсатор собирает пар фреона, который после отдачи тепла переходит в жидкое состояние.
• Циркуляцией теплоносителя занимается тепловой насос.
• В буферном баке находится теплоноситель, поступающий из внутреннего контура, и змеевик, по которому движется горячий фреон.
• Дроссельный клапан расположен в системе второго контура. Через него проходит фреон, который после остывания переходит в жидкое состояние.

Собранные в единую схему все узлы схожи с обычным холодильником.

Как работает система

Чтобы понятнее было функционирование геотермальной системы, рассмотрим подробную работу всех узлов в единой схеме:

• Антифриз служит теплоносителем внешнего контура. Он забирает природное тепло, нагреваясь до температуры 3–5^оС.
• Далее, антифриз попадает в испаритель насоса, где отдает свое тепло фреону. Такой температуры достаточно для перехода последнего вещества в газообразное состояние. Проходя через компрессор, фреон подвергается сжатию, вследствие чего его температура повышается до 100^оС. Проходя через змеевик буферного бака, горячий газ нагревает теплоноситель, циркулирующий по внутреннему контуру. Обычно это простая вода, но может использоваться также антифриз.
• Нагревшись до температуры 50–70^оС, теплоноситель поступает в радиаторы домашней системы отопления. После отдачи тепла фреон становиться жидким, и проходя через дроссельный клапан, направляется в расширительный экран.

На этом один цикл считается оконченным. Далее, все идет по беспрерывному кругу.

Виды теплообменников и их монтаж на своем участке

Вертикальный теплообменник

После того как изучили принцип работы геотермального отопления дома, действия всех узлов, настало время перейти к ознакомлению с внешними контурами.

А также, к их монтажу.

Они отличаются конструкцией теплообменника.

Она, в свою очередь, зависит от характеристики местности, предназначенной под их установку.

Самыми распространенными для домашнего использования считаются 3 вида устройства.

Горизонтальное расположение

Обустройство горизонтального теплообменника требует большой площади земельного участка. Естественно, местность не должна быть задействована под хозяйственные нужды, например, огород или сад.

Чтобы иметь представление о занятом участке, для сравнения можно взять площадь отапливаемого дома – 200 м², горизонтальный теплообменник которого разместится на местности 600 м².

Под контур выкапывают траншеи ниже уровня промерзания грунта. Такой показатель для каждого региона разный, что требует индивидуального расчета.

Вертикальное расположение

Экономное использование земельного участка возможно с вертикальной установкой труб теплообменника. Монтаж не повредит ландшафт, но обойдется хозяину немного дороже.

Чтобы углубить зонды в землю понадобится бурильное оборудование. Зависимо от расчетов, глубина скважины может достигать 100–150 м, а ее диаметр не более 150 мм.

Расположение внутри водоема

Наиболее экономным способом получения тепловой энергии считается расположение контура внутри водоема, то есть под водой. Но этот вариант ограничен наличием любого озерца не далее 100 м от дома.

Есть также ограничение по глубине. Трубы укладывают на дно с таким расчетом, чтобы над ними находилась толща воды не менее 2,5–3 м, причем площадь самого водоема должна превышать 200 м².

Другие виды теплообменников

Существуют другие теплообменники, использование которых ограничено специфическим методом добычи тепла:

• С помощью открытой системы тепло добывают из воды выбуренной скважины. Проходя через тепловой насос, она служит теплоносителем. Возвращаясь из системы, обратный сброс теплоносителя происходит в другую скважину. Здесь важно, чтобы количество взятой и возвращенной воды совпадало. Иначе, в слоях недр будет нарушен дисбаланс давления.
• Для южных регионов с теплым климатом эффективным является воздушный контур. Трубы просто укладывают на поверхности земли без каких-либо земляных работ. Теплообменник в данном случае питается энергией воздуха. Недостатком системы является ее функционирование на морозе. Уже при -15^оС КПД упадет на 100%, а при дальнейшем снижении температуры работа вовсе остановится.

Перед тем как подобрать один из контуров для своего участка, надо учесть финансовые возможности и характеристику местности под установку.

Нюансы установки теплообменников на домашнем участке

Геотермальный тепловой насос

Теплообменники работают практически в любой среде, главное, чтобы ее температура не опускалась ниже-1°C. Естественно, эффективность повышается с углублением труб, так как на большей глубине теплее при сильных морозах зимой.

Устраивая отопление загородного дома, надо рассчитывать, что 10 м² горизонтального трубопровода отдадут не более 30 Вт тепловой энергии. Исходя из этих данных, надо определиться с наличием свободной местности для монтажа.

В противном случае лучше отдать предпочтение вертикальной разводке, где 1 м² трубы внутри скважины способен отдать 50 Вт тепла. Чтобы обогреть большой дом необязательно бурить глубокие скважины.

Их можно сделать мельче, но больше по количеству. Если рядом есть водоем, то от земельной установки лучше отказаться.

Отзывы о современном виде отопления

Сложившиеся отзывы принципа работы геотермального отопления дома большей степенью склоняются в положительную сторону. Владельцы домов выделяют одно главное преимущество, связанное с экономически выгодным обеспечением теплом.

Отзывы многих хозяев отображены такими фактами:

• Бесконечная энергия земли обеспечивает бесплатным теплом
• Любые модели имеют высокий КПД
• Экологически чистое отопление не загрязняет окружающую среду
• Система пожаробезопасна
• Отсутствует необходимость приобретения и транспортировки топлива
• Система обходится без спецобслуживания и постоянного контроля

Многие научились комбинировать геотермальное отопление с системой «теплый пол», что позволяет равномерно обогревать все помещение.

Существенным недостатком является высокая цена оборудования и большие расходы на его установку. Некоторая сложность состоит в проведении земляных работ.

Но отзывы хозяев домов говорят, что все затраты окупаются через пару лет. Тем более что некоторые виды теплообменников можно смонтировать своими силами совершенно бесплатно, естественно, кроме затрат, на покупку материала.

Максимально выгодна такая система для владельцев небольших домов, жилая площадь которых не превышает 150 м². Здесь окупаемость уже ощущается через четыре года.

Благодаря семикратному генерированию энергии, оборудование принесет экономическую выгоду при длительном использовании.

Как работает геотермальное отопление на практике — представлено на видео: